Efecto Compton
En
1923, Arthur
Holly Compton (1892-1962) realizó una serie de trabajos que buscaban
estudiar la naturaleza de la luz y finalmente logró explicar la naturaleza
cuántica de la luz y la aplicación del efecto fotoeléctrico de Einstein. De
hecho, en 1919 Einstein concluyó que un “fotón de energía E se desplaza en una misma dirección
y tiene una cantidad de movimiento igual a E/c = hƒ/c.”
(Serway y Jeweett, 2009, p.1165)
Tiempo antes se tenía indicios de que “la teoría ondulatoria clásica de la luz no podía explicar la dispersión de los rayos X a causa los electrones.” (Serway y Jeweett, 2009, p.1165) Siguiendo sus trabajos, Compton “descubrió que cuando un haz de rayos X de una longitud de onda λo es dispersado por un ángulo θ al enviarlo a través de una lámina metálica, la radiación dispersada contiene una componente de una longitud de onda λ1 que es mayor que λo.” (Di Fiori, Foieri, Rodríguez, 2001, p.1). Sears describe el fenómeno de forma un poco más sencilla al indicar que “cuando los rayos X chocan con la materia, algo de su radiación se dispersa, del mismo modo que la luz visible que cae sobre una superficie áspera y sufre una reflexión difusa.” (Sears, Semanski, Young, Freedman, 2005, p. 1471)
Los trabajos de Compton y específicamente sus experimentos, lo llevaron a descubrir que tal comportamiento se podía explicar si se consideraban “los fotones no como ondas, sino más bien como partículas puntuales de energía hƒ y con una cantidad de movimiento hƒ/c, y suponiendo que se conserva tanto la energía como la cantidad de movimiento en el sistema aislado del par fotón-electrón en colisión.” (Serway y Jeweett, 2009, p.1165)
Considerando la radiación dispersada, que presenta una mayor longitud de onda (λ1 como cita Di Fiori) y por lo tanto una menor frecuencia que la radiación incidente λ0. El ángulo α que forma ambas radiaciones (incidente y dispersada) y las longitudes de onda respectivas dan lugar a la ecuación de dispersión de Compton:
Tiempo antes se tenía indicios de que “la teoría ondulatoria clásica de la luz no podía explicar la dispersión de los rayos X a causa los electrones.” (Serway y Jeweett, 2009, p.1165) Siguiendo sus trabajos, Compton “descubrió que cuando un haz de rayos X de una longitud de onda λo es dispersado por un ángulo θ al enviarlo a través de una lámina metálica, la radiación dispersada contiene una componente de una longitud de onda λ1 que es mayor que λo.” (Di Fiori, Foieri, Rodríguez, 2001, p.1). Sears describe el fenómeno de forma un poco más sencilla al indicar que “cuando los rayos X chocan con la materia, algo de su radiación se dispersa, del mismo modo que la luz visible que cae sobre una superficie áspera y sufre una reflexión difusa.” (Sears, Semanski, Young, Freedman, 2005, p. 1471)
Los trabajos de Compton y específicamente sus experimentos, lo llevaron a descubrir que tal comportamiento se podía explicar si se consideraban “los fotones no como ondas, sino más bien como partículas puntuales de energía hƒ y con una cantidad de movimiento hƒ/c, y suponiendo que se conserva tanto la energía como la cantidad de movimiento en el sistema aislado del par fotón-electrón en colisión.” (Serway y Jeweett, 2009, p.1165)
Considerando la radiación dispersada, que presenta una mayor longitud de onda (λ1 como cita Di Fiori) y por lo tanto una menor frecuencia que la radiación incidente λ0. El ángulo α que forma ambas radiaciones (incidente y dispersada) y las longitudes de onda respectivas dan lugar a la ecuación de dispersión de Compton:
Donde m es la masa del electrón en reposo y α
el ángulo entre radiaciones (incidente y dispersada). La expresión se conoce como dispersión o
desplazamiento de Compton y dentro de ella, la expresión h/mc corresponde a la
longitud de onda de Compton.